智能纯电动客车制动控制系统的制作方法

本实用新型属于汽车制动技术领域，具体涉及智能纯电动客车制动控制系统，适用于电动客车气压制动系统。

背景技术：

随着能源的消耗、环境恶化和技术的进步，汽车智能化和电动化是现在汽车行业的发展趋势。汽车智能化是使汽车行驶更加安全、更加舒适。电动汽车具有制动能量回收功能，能够节约能源。客车在城市行驶工况下，由于交通拥挤、车速不高，经常反复启停，造成了极大了能量浪费，而且容易发生交通事故。

智能纯电动客车的制动系统需要兼顾制动安全性和能量回收率两个方面，在遇到紧急情况要能够提醒驾驶员，甚至主动制动，在保证制动安全性的前提下，应该尽可能的提高制动能量回收率。

技术实现要素：

为了实现在保证制动安全性的前提下，提高制动能量回收率，本实用新型提供了一种智能纯电动客车制动控制系统，结合说明书附图，技术方案如下：

智能纯电动客车制动控制系统，包括轮速传感器、加速踏板装置及传感器、制动踏板装置及传感器、电机制动系统、气压制动系统以及控制器VCU；

所述电机制动系统包括安装在车辆前轴处的电池和电池管理系统24以及安装在后轴上的主减速器39和电机40，在所述电机40上安装有电机控制器37；

所述气压制动系统包括由空气压缩机1、卸载阀3和四回路保护阀6依次连接组成的制气组件，常规行车制动气路，驱动防滑制动气路以及驻车制动气路；

前轴的所述常规行车制动气路为：四回路保护阀6、前储气筒9、制动踏板装置12的上腔、前双控比例继动阀16的低压进气口以及三通阀Ⅰ22依次连接，三通阀Ⅰ22的两个出气口分别与左、右前轮ABS电磁阀和左、右前制动气室依次连接；

后轴的所述常规行车制动气路为：四回路保护阀6、后储气筒8、制动踏板装置12的下腔、后双控比例继动阀41的低压进气口以及三通阀Ⅱ38依次连接，三通阀Ⅱ38的两个出气口分别与左、右后轮ABS电磁阀和左、右后制动气室依次连接；

所述前双控比例继动阀16的高压进气口直接与前储气筒9相连；

所述后双控比例继动阀41的高压进气口直接与后储气筒8相连；

所述制动气室上均安装有制动气室压力传感器；

所述传感器、电池管理系统24、电机控制器37、双控比例继动阀、三通阀、轮ABS电磁阀均与控制器VCU控制连接。

智能纯电动客车制动控制系统，其中，所述驱动防滑行车制动气路为：

四回路保护阀6的一个出气口、前储气筒9、制动踏板装置12的上腔、前主动压力控制模块以及三通阀Ⅰ22依次连接，三通阀Ⅰ22的两个出气口分别与左、右前轮ABS电磁阀和左、右前制动气室依次连接；

四回路保护阀6的另一个出气口、后储气筒8、制动踏板装置12的下腔、后主动压力控制模块以及三通阀Ⅱ38依次连接，三通阀Ⅱ38的两个出气口分别与左、右后轮ABS电磁阀和左、右后制动气室依次连接；

所述主动压力控制模块与控制器VCU控制连接。

智能纯电动客车制动控制系统，其中，所述主动压力控制模块由一个快放阀和一个线性电磁阀串联组成，所述快放阀与储气筒相连，所属线性电磁阀与三通阀相连，所述线性电磁阀的电控信号接口与控制器VCU的相应电控信号接口相连。

智能纯电动客车制动控制系统，其中，所述驻车制动气路为：四回路保护阀6与三通阀Ⅲ43相连，三通阀Ⅲ43的两个出气口分别与左、右后轮ABS电磁阀和左、右后制动气室依次连接；

所述三通阀Ⅲ43与控制器VCU控制连接。

智能纯电动客车制动控制系统，其中，所述控制系统还包括测距模块与数据分析模块，所述测距模块与数据分析模块相连，所述测距模块由微波雷达、激光雷达和视频系统组成，用于提供前方道路实时的图像和路况信息；所述数据分析模块由单片机及相应电路组成，所述数据分析模块与控制器VCU控制连接。

智能纯电动客车制动控制系统，其中，所述控制系统还包括车身稳定型控制组件，由安装在后车轴中线处的横摆角速度传感器31、安装在方向盘转向柱上的方向盘转角传感器30以及安装在与汽车纵向前进方向垂直的后轴处的侧向加速度传感器29组成，所述横摆角速度传感器31、方向盘转角传感器30和侧向加速度传感器29的信号输出端分别与车辆控制器VCU的信号接收端相连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

在现有的电动车再生制动系统中，由于技术和成本原因，一般在ABS起作用时，都是关闭再生制动系统，恢复传统的气压制动。而在现有的技术中，尤其是商用车领域，制动系统没有实现完全线性化控制，无法实现对制动压力的很精确控制。本实用新型设计了一种新的控制策略，能够在ABS起作用的时候，电机制动也起作用，这样能显著提高制动时的能量回收效率。本实用新型在设计的制动系统，是完全线控化，不仅能实现制动压力的精确控制，还具有全解耦、失效模式制动、主动制动等功能。

附图说明

图1为本实用新型的智能纯电动客车制动控制系统的结构简图；

图2为本实用新型的智能纯电动客车制动控制系统中主动压力控制模块的结构简图；

图3为本实用新型的智能纯电动客车制动控制系统工作过程简图；

图4为本实用新型的智能纯电动客车制动控制系统工作过程中，R门限与其他门限值关系图；

图5为本实用新型的智能纯电动客车制动控制系统的工作过程中，ABS防抱死制动控制工作流程框图；

图中：

1-空气压缩机； 2-右后轮轮速传感器； 3-卸载阀；

4-右后轮； 5-右后制动气室； 6-四回路保护阀；

7-右后制动气室压力传感器； 8-后储气筒； 9-前储气筒；

10-制动踏板压力传感器； 11-制动踏板位移传感器； 12-制动踏板装置；

13-加速踏板力传感器； 14-加速踏板位移传感器； 15-加速踏板装置；

16-前双控比例继动阀； 17-右前轮ABS电磁阀； 18-右前制动气室压力传感器；

19-右前制动气室； 20-右前轮； 21-右前轮轮速传感器；

22-三通阀Ⅰ； 23-左前轮ABS电磁阀； 24-电池管理系统(BMS)；

25-左前制动气室； 26-左前制动气室压力传感器； 27-左前轮轮速传感器；

28-左前轮； 29-侧向加速度传感器； 30-方向盘转角传感器；

31-横摆角速度传感器； 32-左后轮； 33-左后轮轮速传感器；

34-左后制动气室压力传感器；35-左后制动气室； 36-左后轮ABS电磁阀；

37-电机控制器(MCU)； 38-三通阀Ⅱ； 39-主减速器；

40-电机； 41-后双控比例继动阀； 42-右后轮ABS电磁阀；

43-三通阀Ⅲ。

具体实施方式

本实用新型提供了一套智能纯电动客车制动系统，通过双控比例继动阀不但能够实现前轴和后轴制动力的精确分配，通过后轴上的ABS电磁阀还能实现后轴气压制动力和电机再生制动力的精确分配，同时在电控部分失效时，可以进行常规制动，保证制动安全。本制动系统通过主动压力控制模块实现主动制动和紧急制动。为了进一步说明本实用新型的技术方案，结合说明书附图，本实用新型的具体实施方式如下：

如图1所示，本实用新型提供了一种智能纯电动客车制动控制系统，包括轮速传感器、加速踏板装置及传感器、制动踏板装置及传感器、电机制动系统、气压制动系统以及控制器VCU；

所述电机制动系统包括安装在车辆前轴处的电池和电池管理系统24以及安装在后轴上的主减速器39和电机40，在所述电机40上安装有电机控制器37；

所述气压制动系统包括常规行车制动气路，驱动防滑制动气路以及驻车制动气路；

所述气压制动系统的制气部分包括空气压缩机1、卸载阀3和四回路保护阀6。外界的空气经过空气压缩机1处理后，经过卸载阀3和四回路保护阀6，充入到前储气筒9、后储气筒8。在驻车制动时，高压气体可以直接通过四回路保护阀的一个出气口，流入到三通阀43，然后直接充入到两个后轮的弹簧制动气室，进行驻车制动。

本实用新型的控制系统的常规行车制动气路分为前轴和后轴。

前储气筒9的出气口与制动踏板装置12的上腔进气口相连，制动踏板装置12的上腔出气口与双控比例继动阀16的低压进气口相连；双控比例继动阀16的出气口与三通阀22的进气口相连，三通阀22的两个出气口分别与右前轮ABS电磁阀17、左前轮ABS电磁阀23的进气口相连，右前轮ABS电磁阀17的出气口与右前制动气室19相连，左前轮ABS电磁阀23的进气口与左前制动气室25相连，这是前轴的常规制动气路；

前双控比例继动阀16的高压进气口直接与前储气筒9的出气口相连，双控比例继动阀16的电控信号接口与汽车控制器VCU相应的信号接口相连接；

后储气筒8的出气口与制动踏板12的下腔进气口相连，制动踏板12的下腔出气口与双控比例继动阀41的低压进气口相连；双控比例继动阀41的出气口与三通阀38的进气口相连，三通阀38的两个出气口分别与右后轮ABS电磁阀42、左后轮ABS电磁阀36的进气口相连，右后轮ABS电磁阀42的出气口与右后制动气室5相连，左后轮ABS电磁阀36的出气口与左后制动气室35相连，这是后轴的常规制动气路。

后双控比例继动阀41的高压进气口直接与后储气筒8的出气口相连，双控比例继动阀41的电控信号接口与汽车控制器VCU相应的信号接口相连接；

双控比例继动阀在正常情况下，驾驶员踩下制动踏板，产生电控信号，对出气口压力进行控制；在电控系统失效时，驾驶员踩下制动踏板时，通过制动踏板的上下腔的气体压力对出气口压力进行控制。

如上所述的左前、右前、左后以及右后制动气室上均安装有制动气室压力传感器，其中，右后制动气室压力传感器7、右前制动气室压力传感器18、左前制动气室压力传感器26、左后制动气室压力传感器34分别采集相应的四个制动气室的气室压力，四个制动气室压力传感器的信号输出端分别与车辆控制器VCU的信号接收端相连接。

本实用新型的控制系统的驱动防滑行车制动气路为：四回路保护阀6的一个出气口、前储气筒9、制动踏板装置12的上腔、前主动压力控制模块以及三通阀Ⅰ22依次连接，三通阀Ⅰ22的两个出气口分别与左、右前轮ABS电磁阀和左、右前制动气室依次连接；

四回路保护阀6的另一个出气口、后储气筒8、制动踏板装置12的下腔、后主动压力控制模块以及三通阀Ⅱ38依次连接，三通阀Ⅱ38的两个出气口分别与左、右后轮ABS电磁阀和左、右后制动气室依次连接；

如图2所示，所述前主动压力控制模块与后主动压力控制模块结构相同，由一个快放阀和一个线性电磁阀组成，主动压力控制模块的进气口与储气筒的出气口相连，出气口与三通阀的进气口相连，信号控制端与车辆控制器VCU的信号控制端相连。前主动压力控制模块的进气口与前储气筒9的出气口相连，前主动压力控制模块出气口与三通阀22进气口相连，三通阀22的两个出气口分别与右前轮ABS电磁阀17的进气口、左前轮ABS电磁阀23的进气口相连。右前轮ABS电磁阀17的出气口与右前制动气室19相连，左前轮ABS电磁阀23的出气口与左前制动气室25相连。前主动压力控制模块的电控信号接口与车辆控制器VCU的相应电控信号接口相连。后主动压力控制模块的进气口与后储气筒8的出气口相连，后主动压力控制模块的出气口与三通阀38的进气口相连，三通阀38的两个出气口分别与右后轮ABS电磁阀42、左后轮ABS电磁阀36的进气口相连。右后轮ABS电磁阀42的出气口与右候制动气室5相连，左后轮ABS电磁阀36的出气口与左后制动气室35相连。后主动压力控制模块的电控信号接口与车辆控制器VCU的相应电控信号接口相连。

本实用新型的控制系统的驻车制动气路为：四回路保护阀6与三通阀Ⅲ43相连，三通阀Ⅲ43的两个出气口分别与左、右后轮ABS电磁阀和左、右后制动气室依次连接；所述三通阀Ⅲ43与控制器VCU控制连接。

如图1所示，在制动踏板下方安装有制动踏板压力传感器10、制动踏板位移传感器11。通过制动踏板压力传感器10和制动踏板位移传感器11测量的信号，可以识别出驾驶员的制动意图及需求制动力。在加速踏板上，安装有加速踏板力传感器13、加速踏板位移传感器14。通过加速踏板力传感器13和加速踏板位移传感器14测量的信号，可以识别出驾驶员的行驶意图。车辆控制器VCU采集制动踏板压力传感器10、制动踏板位移传感器11、加速踏板力传感器13以及加速踏板位移传感器14的信号，进行分析计算，可以得到此时驾驶员准确的驾驶意图。

本实用新型的控制系统还包括测距模块、数据分析模块以及车身稳定型控制组件。

所述测距模块与数据分析模块相连，所述测距模块由微波雷达、激光雷达和视频系统组成，用于提供前方道路实时的图像和路况信息；所述数据分析模块由单片机及相应电路组成，所述数据分析模块与控制器VCU控制连接。测距模块能够实时测量车辆前方的路况，它可以提供前方道路安全、准确、实时的图像和路况信息。测距模块将测量到的信息传送给数据分析模块，数据分析模块将测出的距离与警报距离、安全距离进行比较，并将分析的结果发送给车辆控制器VCU。当测得的距离小于预先设定的警报距离，车辆控制器VCU就进行警报提示，当测得的距离小于安全距离时即使在驾驶员没有来得及踩制动踏板的情况下，车辆控制器VCU也会对主动压力控制模块发出相应的指令，打开主动压力控制模块，前后储气筒里的高压气体直接通过主动压力控制模块对四个车轮进行制动。

所述车身稳定型控制组件包括侧向加速度传感器29、方向盘转角传感器30以及横摆角速度传感器31。其中，横摆角速度传感器31安装在车辆后轴中线处，横摆角速度传感器31的信号传输端与车辆控制器VCU的信号接收端相连接；方向盘转角传感器30安装在方向盘转向柱上，方向盘转角传感器30的信号传输端与车辆控制器VCU的信号接收端相连接；侧向加速度传感器29安装在与汽车纵向前进方向垂直的后轴处，侧向加速度传感器29的信号输出端与车辆控制器VCU的信号接收端相连接。车辆控制器VCU分别采集侧向加速度传感器29测量的侧向加速度信号、方向盘转角传感器30测量的方向盘转角信号、横摆角速度传感器31测量的横摆角速度信号。

车辆的电池和电池管理系统24安装在车辆前部，电池组是由单节的镍氢电池串并联组合而成的，电池管理系统(BMS)24能够采集电池组的SOC、电压、电流、温度等信号，并将采集的信号传送给车辆控制器，进行相应的分析控制。

如图3所示，本实用新型的智能纯电动客车制动控制系统的工作过程包括常规制动控制、ABS防抱死控制、驱动防滑控制、主动制动控制和车身稳定性控制；

1.常规制动控制：当驾驶员松开加速踏板15踩下制动踏板12，位于制动踏板12下方的制动压力传感器10和制动位移传感器11测量相应的信号传递给车辆控制器VCU，车辆控制器VCU计算整车的制动力需求及制动强度需求Z，此时车辆控制器VCU同时采集四个车轮的轮速、电机控制器(MCU)37的转速信息和电池管理系统(BMS)24相应的SOC、电压、电流、温度等信号，并进行相应的分析，确认制动方式。

(1)如果经过车辆控制器VCU计算分析确认：此时制动强度Z小于0.1、电池SOC低于上限值0.9，驱动轴上两个车轮的轮速大于电机的最小启动转速且此时需求制动力小于电机所能提供的最大制动力。此时车辆控制器VCU将会做出：车辆制动的制动力全部由电机产生的指令。此时车辆控制器VCU仅对电机40发出控制指令，产生需求的制动力矩。

(2)如果经过车辆控制器VCU分析确认：此时制动强度Z处于中等强度在0.1-0.7之间、电池SOC低于上限值0.9，驱动轴上两个车轮的轮速大于电机的最小启动转速，此时车辆控制器将会发出：前轴两个车轮的制动力矩全部由气压制动系统提供的指令。车辆控制器也会在这个时候计算前后轴制动力需求值。

i)如果此时电机能提供的最大力矩大于后轴所需的制动力矩，则两个后轮的制动力矩完全由电机产生。车辆控制器VCU给前轴的双控比例继动阀16发出控制指令，关闭双控比例继动阀16的低压进气口，调节双控比例继动阀16的开度，这样的话，前储气筒9里的高压气体经过双控比例继动阀16到达右前轮ABS电磁阀17和左前轮ABS电磁阀23，然后分别到达右前制动气室19和左前制动气室25，产生相应的需求制动力矩进行制动。车辆控制器VCU给电机控制器(MCU)37发出相应的控制指令，使电机40产生后轴所需的制动力矩。

ii)如果此时电机能提供的最大力矩小于后轴所需的制动力矩，则此时电机产生最大的制动力矩，气压系统产生的力矩值为后轴需求制动力矩减去电机制动力矩。车辆控制器VCU给前轴的双控比例继动阀16发出控制指令，关闭双控比例继动阀的16的低压进气口，打开双控比例继动阀16的高压进气口，调节双控比例继动阀16的开度，这样的话，前储气筒9里的高压气体经过双控比例继动阀16到达右前轮ABS电磁阀17和左前轮ABS电磁阀23，然后分别到达右前制动气室19和左前制动气室25，产生相应的需求制动力矩进行制动。车辆控制器VCU给电机控制器(MCU)37发出相应的控制指令，使电机40产生所能提供的最大再生制动力矩，同时车辆控制器VCU给后轴的双控比例继动阀41发出相应的控制指令，调节双控比例继动阀41的开度，使其能产生后轴需求制动力矩减去电机40产生的最大制动力矩后的制动力矩。此时后储气筒8里的高压气体经过后轴双控比例继动阀41到达右后轮ABS电磁阀和左后轮ABS电磁阀，然后分别到达右后制动气室5和左后制动气室35，与电机40产生的制动力矩一起对两个后轮进行制动。

(3)如果经过车辆控制器VCU计算分析确认：此时制动强度Z比较大即Z大于0.7或者电池SOC过高高于0.9。车辆控制器VCU将会做出：关闭再生制动系统，车辆所需的制动力完全由气压制动系统产生。

此时车辆控制器VCU分别发送相应的电信号给前轴的双控比例继动阀16和后轴双控比例继动阀41，关闭双控比例继动阀的16和41的低压进气口，打开双控比例继动阀16和41的高压进气口，并可对进气口的开度进行调节，从而调节制动气压力。这样的话，前储气筒9里的高压气体经过双控比例继动阀16到达右前轮ABS电磁阀17和左后轮ABS电磁阀，然后分别到达右前制动气室19和左前制动气室25，进行制动。后储气筒8里的高压气体经过后轴双控比例继动阀41到达右后轮ABS电磁阀和左后轮ABS电磁阀，然后分别到达右后制动气室5和左后制动气室35，对两个后轮进行制动。

2.ABS防抱死控制：当车辆在进行常规制动时，如果此时右后轮轮速传感器2、右前轮轮速传感器21、左前轮轮速传感器27和左后轮轮速传感器33采集到的四个车轮的轮速信息，经过车辆控制器VCU分析计算后得出某个车轮，已经抱死或者有接近抱死的趋势时，车辆控制器VCU将会对相应车轮所在的ABS电磁阀发出减压、保压、增压等相关循环控制信号，直到该车轮恢复正常的制动状态。考虑在制动防抱死过程中的再生制动。传统的逻辑门限值：A-车轮角加速度第一门限值；a1-车轮角加速度门限值；a0-车轮角减速度门限值；S1-车轮滑移率下限值；S2-车轮滑移率上限值；引入R门限值，R门限值与其他门限值大小关系，如图4所示。

ABS防抱死制动可分为以下三个过程：

1)在R门限触发之前的制动过程，这是常规ABS制动过程；

2)R门限触发后，a0门限触发前的制动过程，称为R-a0制动过程；

3)a0门限触发后的制动过程，称为a0后制动过程。

其中R门限触发前的制动过程为ABS起作用的常规制动过程；R-a0制动过程和a0后制动过程统称为ABS与再生制动协调控制制动过程。

如图5所示，智能纯电动客车在R-a0制动过程中的制动分析：

当车轮角减速度超过R门限值时，即dw<R时，这时气压制动力有减少的趋势，这个时候对再生制动力矩进行小梯度减小；

再生制动力矩在减小的过程中，如果再生制动力减小为零，则恢复常规的气压防抱死制动；若再生制动力矩不为零，则再判断车轮角加速度dw，若dw>R则对再生制动力矩进行保压处理；若dw<R，再判断dw与a0的关系，若dw>a0则继续对再生制动力矩进行小梯度减小处理；若dw<a0，则进入到了a0后制动过程。

如图5所示智能纯电动客车在a0后制动过程中的制动分析：

dw<a0,此时，需要进行滑移率的比较，若此时的滑移率S>S1，则分别对气压制动力和再生制动力矩进行减压处理，其中再生制动力矩仍然是采用小梯度减小；若再生制动力矩在小梯度减小的过程中减小为零，再恢复到传统的气压防抱死制动；若再生制动力矩不为零，再判读其与a0的关系，若dw<a0则仍对气压制动力矩和再生制动力矩进行减小处理；若dw>a0，则保持再生制动力矩并进行保压计时；然后再判断dw和a1的关系，若dw>a1，则恢复到常规ABS制动过程；若dw<a1，梯度减小再生制动力矩。

3.驱动防滑控制：当车辆处于驱动工况时，若此时车辆控制器VCU通过轮速传感器2,21,27,33采集轮速信号，分析计算得出，此时车辆处于打滑状态时。当车速较低时，车辆控制器VCU向电机控制器(MCU)37发出控制指令，减小电机40的驱动力矩，同时车辆控制器VCU向后主动压力控制模块发出控制指令，调节后主动压力控制模块中的线性电磁阀的开度，同时对后轴上的右后轮ABS电磁阀42、左后轮ABS电磁阀36的开度进行线性调节。这样的话，就能够对后轴上的驱动轮施加一定的制动压力。当车速较高时，车辆控制器VCU向电机控制器(MCU)发出控制指令，减小电机的驱动力矩，

4.主动制动控制：测距模块测量车辆前方的路况，测距模块将测量到的信息传送给数据分析模块，数据分析模块将测出的距离与警报距离、安全距离进行比较，并将分析的结果发送给车辆控制器VCU。当测得的距离小于预先设定的警报距离，车辆控制器VCU就进行警报提示，当测得的距离小于安全距离时即使在驾驶员没有来得及踩制动踏板的情况下(紧急制动)，车辆控制器VCU会对主动压力控制模块发出相应的指令，打开主动压力控制模块，并对主动压力控制模块里的电磁阀的开度进行线性调节，前后储气筒里的高压气体直接通过主动压力控制模块对四个车轮进行制动。

5.车身稳定性控制：车辆在直线行驶过程中，通过侧向加速度传感器29采集侧向加速度信号，可以了解汽车的行驶姿态和行驶轨迹；车辆在转向工况下，通过侧向加速度传感器29采集侧向加速度信号，横摆角速度传感器31采集横摆角速度信号，方向盘转角传感器30采集方向盘转角信号，可以了解车辆在转向工况下的车辆姿态。当传感器将采集到的信号传递给车辆控制器VCU，进行计算分析，若此时车辆处于不稳定状态，车辆控制器VCU将会计算需要给各个车轮施加多大的制动力才能保持车辆处于稳定状态。同时车辆控制器VCU将会对前后主动压力控制模块发出相应的控制信号，同时对右前轮ABS电磁阀17、左前轮ABS电磁阀23、左后轮ABS电磁阀、右后轮ABS电磁阀42进行线性调节。这样的话，从前后高压储气筒的高压气体通过主动压力控制模块和相应ABS电磁阀的调节，可以对各个车轮产生相应的制动压力，这样就可以使车辆恢复稳定状态。